Grant: Alliance Grants

The volume of data being transmitted (streaming, blockchain, machine learning, etc.) continues to increase exponentially. To carry this data, the traditional metallic transmission systems (typically copper) are being replaced with light-based (photonic) medium to reduce both the space and power consumption. This implies integrating photonic/optical components within the microelectronics infrastructure for electrical to optical conversion and optical interconnection. A key area of focus to bring such technology to the mainstream is the connection of multiple optical fibers to the microelectronic package using a photonic integrated circuit (PIC) as the interface. To accomplish such fiber connections at high densities yet in a highly automated, cost-effective fashion, the PIC chip must be maintained extremely flat in the region of connection, yet the material sets and processes inherent to the microelectronic package are conducive to stresses that bend (warp) both the package and the chips therein, including the PIC. To address the issues of PIC chip warpage, and thereby improve the integrity of photonic packages, we propose in this project two research approaches: (1) reduce actual warpage through the use of new material sets and/or novel localized processing techniques, and (2) introduce innovative low temperature processing approaches that allow fiber attach to the PIC chips prior to the warpage inducing processes. Promising research results will be validated using industrial scale equipment and automated assembly techniques. Success in this project will enable high volume Canadian production of next generation photonic transmitters/receivers and network switches and therefore contribute to maintaining Canada's reputation as a world leader in the field of photonics. Le volume de données transmises augmente d'une manière exponentielle grâce aux applications telles que la diffusion vidéo, les technologies de chaine de bloc et l'intelligence artificielle. Pour cette transmission, les systèmes métalliques (cuivre) sont de plus en plus remplacés par des systèmes photoniques pour réduire l'espace et la consommation d'énergie de tels systèmes. Ceci implique une intégration des composantes photoniques dans les infrastructures microélectroniques pour effectuer les translations électriques-optiques, ainsi que pour les interconnexions optiques. Un défi particulier relève de l'interconnexion de plusieurs fibres optiques à la fois dans un seul assemblage électro-optique par l'entremise d'un circuit intégré photonique (CIP). Le gauchissement de ladite puce CIP, qui est induite pas les contraintes des matériaux et procédés normalement utilisés pour l'assemblage microélectronique, pourrait nuire à la capacité d'automatiser la connexion des fibres et par conséquent le coût et la robustesse du produit final. Pour faire face à ce défi, nous proposons dans ce projet de recherche d'étudier deux approches fondamentales: (1) une réduction de la gauchissement de la puce CIP par l'étude des matériaux et procédés novateurs et (2) une réduction des températures des procédés microélectroniques pour réduire les effets nuisibles de la température sur les composantes multi-fibres, et donc permettre la connexion des dites composantes au tout début de l'assemblage microélectronique, lorsque le gauchissement est au minimum. Les approches les plus prometteuses seront validées sur les équipements et procédés à l'échelle industrielle, pour ainsi permettre la mise en production canadienne à haut volume des produits photoniques, visant à maintenir la réputation canadienne comme producteur à l'avant-garde des solutions photoniques.